호르몬 신호를 세포로 전달하는 단백질 GPCR(G protein coupled receptor) 활성을 억제해 경조직을 생성하는 세포 분화를 유도하고, 뼈와 치아의 재생에 관여하는 유전자 발현을 촉진할 수 있다는 연구결과가 발표됐다.

이 같은 결과는 생채재료분야 국제 학술지인 「Biomaterials」(IF 14.0) 최신호에 게재됐다.

본 연구는 연세대학교 치과대학 김도현 교수(보존과학교실)와 서울대 치의학대학원 김진만 교수ㆍ박소영 연구원(구강미생물학 및 면역학교실), 차의과학대학교 이순철 교수(정형외과학교실) 공동연구팀이 진행했다.

세포막에 존재하는 G단백질 연결 수용체인 GPCR은 세포 밖의 호르몬 신호를 세포 내로 전달하는 역할을 하며, 우리 몸의 다양한 반응에 관여해 신약 개발에서 가장 많이 연구하는 단백질로 꼽힌다. 그러나 이를 뼈나 치아와 같은 경조직 재생 분야 연구에서 활용한 사례는 현재까지 없었다.

연구팀은 GPCR 활성도를 조절하며 경조직 생성 유전자의 발현 정도를 파악하는 연구를 진행했다. 우선 세포의 유전자를 분석하는 마이크로어레이 판독을 통해, 치아 안쪽에 자리한 치수줄기세포(human dental pulp stromal cell, hDPSC)에서 나오는 484종의 GPCR을 파악했다.

그중 발현량이 가장 많은 class A GPCR을 발견하고, class A GPCR을 타깃으로 하는 GPCR 억제제를 치수 및 골수줄기세포에 투여했다.

그 결과 BMP-2, OCN, OPN, DMP1, DSPP 등 뼈와 치아의 재생과 관련한 유전자들의 발현량이 증가하는 것을 확인했다.

이어 차세대 염기 서열 분석(next generation sequencing, NGS)을 통해 GPCR 억제제가 경조직 재생 유전자를 발현하는 과정도 확인했다. 연구팀은 “GPCR을 억제하면 세포 내 신호전달 체계인 PI3K, AKT, MDM2 단백질이 함께 억제되고 결국에는 p53 단백질이 증가한다”면서 “이때 p53이 증가하면서 경조직을 생성하는 유전자의 발현량도 함께 늘어나는 것으로 나타났다”고 밝혔다.

또 “반대로 GPCR을 활성화하면 PI3K, AKT, MDM2 단백질도 활성화돼 p53 단백질이 감소하는데, 이러한 증감 관계 분석을 기반으로 p53 단백질 증가가 경조직 생성 유전자의 발현량과 연관이 있음을 확인할 수 있었다”고 설명했다.

경조직 생성 유전자의 발현 기전을 확인한 연구팀은 GPCR 억제제를 마우스의 두개골 결손 부위와 개의 치아에 주입했고, 그 결과 억제제를 투여하지 않은 대조군과 비교해 새로 자라난 뼈와 치아 조직의 양이 현저하게 증가했음을 확인했다.

김도현 교수는 “약물 개발에서 가장 많이 활용하는 GPCR을 뼈와 치아 등 경조직 재생과 연결한 첫 연구”라며 “동물 실험을 통해 실제 경조직 재생 효과를 확인한 만큼 실제 상용화될 수 있는 약물 개발에 더욱더 박차를 가할 것”이라고 말했다.